A fotossíntese fornece energia para a grande maioria da vida na Terra. Mas a clorofila, o pigmento verde que as plantas usam para colher a luz do sol, é relativamente ineficiente. Para permitir que os humanos capturem mais energia do sol do que a fotossíntese natural, os cientistas ensinaram as bactérias a se cobrirem de minúsculas, painéis solares altamente eficientes para produzir compostos úteis.

Os pesquisadores apresentam seus trabalhos hoje no 254º Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS).

"Em vez de depender da clorofila ineficiente para coletar a luz solar, Eu ensinei as bactérias como crescer e cobrir seus corpos com minúsculos nanocristais semicondutores, "diz Kelsey K. Sakimoto, Ph.D., que realizou a pesquisa no laboratório de Peidong Yang, Ph.D. "Esses nanocristais são muito mais eficientes do que a clorofila e podem ser cultivados por uma fração do custo dos painéis solares fabricados."

Cada vez mais os humanos procuram encontrar alternativas aos combustíveis fósseis como fontes de energia e matérias-primas para a produção de produtos químicos. Muitos cientistas trabalharam para criar sistemas fotossintéticos artificiais para gerar energia renovável e produtos químicos orgânicos simples usando a luz solar. Progresso foi feito, mas os sistemas não são eficientes o suficiente para a produção comercial de combustíveis e matérias-primas.

Pesquisa no laboratório de Yang da Universidade da Califórnia, Berkeley, onde Sakimoto obteve seu Ph.D., concentra-se no aproveitamento de semicondutores inorgânicos que podem capturar a luz solar para organismos como bactérias que podem usar a energia para produzir produtos químicos úteis a partir de dióxido de carbono e água. "O impulso da pesquisa em meu laboratório é essencialmente 'sobrecarregar' bactérias não fotossintéticas, fornecendo-lhes energia na forma de elétrons de semicondutores inorgânicos, como sulfeto de cádmio, que são absorventes de luz eficientes, "Yang diz." Estamos agora à procura de absorvedores de luz mais benignos do que o sulfeto de cádmio para fornecer às bactérias energia da luz. "

Sakimoto trabalhou com um que ocorre naturalmente, bactéria não fotossintética, Moorella thermoacetica , que, como parte de sua respiração normal, produz ácido acético a partir de dióxido de carbono (CO ₂ ) O ácido acético é um produto químico versátil que pode ser facilmente atualizado para uma série de combustíveis, polímeros, produtos farmacêuticos e produtos químicos por meio de produtos complementares, bactérias geneticamente modificadas.

Quando Sakimoto alimentou cádmio e o aminoácido cisteína, que contém um átomo de enxofre, para as bactérias, eles sintetizaram nanopartículas de sulfeto de cádmio (CdS), que funcionam como painéis solares em suas superfícies. O organismo híbrido, M. thermoacetica -CdS, produz ácido acético a partir de CO ₂ , água e luz. "Uma vez coberto com esses minúsculos painéis solares, a bactéria pode sintetizar alimentos, combustíveis e plásticos, tudo usando energia solar, "Sakimoto diz." Essas bactérias superam a fotossíntese natural. "

A bactéria opera com uma eficiência de mais de 80 por cento, e o processo é autorreplicante e autorregenerado, tornando esta uma tecnologia de desperdício zero. "Biologia sintética e a capacidade de expandir o escopo do produto de CO ₂ a redução será crucial para posicionar esta tecnologia como um substituto, ou uma das muitas substituições, para a indústria petroquímica, "Diz Sakimoto.

Então, os híbridos biológico-inorgânicos têm potencial comercial? "Eu certamente espero que sim!" ele diz. "Muitos sistemas atuais de fotossíntese artificial requerem eletrodos sólidos, o que é um custo enorme. Nossos biocombustíveis de algas são muito mais atraentes, como todo o CO ₂ -o aparelho químico é independente e requer apenas uma grande cuba ao sol. "Mas ele ressalta que o sistema ainda requer alguns ajustes para ajustar o semicondutor e a bactéria. Ele também sugere que é possível que o bactérias híbridas que ele criou podem ter algum análogo de ocorrência natural. "Uma direção futura, se este fenômeno existe na natureza, seria fazer uma bioprospecção para esses organismos e colocá-los em uso, " ele diz.